基于DSP的移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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4 電源模塊
電源模塊需分別給各傳感器、DSP芯片、其它芯片和電機(jī)供電。其中，磁羅盤、碼盤和DGPS接收機(jī)使用12V直流電壓，DSP芯片使用3．3V直流電壓，其它芯片使用5V直流電壓，還有電機(jī)電源使用12V直流電壓。所以，采用1節(jié)12V的直流蓄電池(4AH)，直流5V通過ST半導(dǎo)體公司的L7805和擴(kuò)流用的功率管實(shí)現(xiàn)，DSP芯片用3．3V電源采用ON半導(dǎo)體公司的1SMB5913BT3實(shí)現(xiàn)。F2407正常工作時(shí)，所有電源管腳都為3．3V；寫入FLASH存儲器時(shí)，VCCP引腳為5V供電；復(fù)位時(shí)，復(fù)位電路會產(chǎn)生一個(gè)10μs寬度的持續(xù)低電平使芯片復(fù)位。
5 控制器程序結(jié)構(gòu)
DSP程序由五大功能模塊組成，分別為系統(tǒng)初始化模塊、串口通信模塊、路徑引導(dǎo)模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制模塊和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制模塊。TI公司提供了用于C語言開發(fā)的CC和CCS平臺。該平臺包括了ANSIC優(yōu)化編譯器，從而可以在源程序級進(jìn)行開發(fā)調(diào)試。這種方式大大提高了軟件的開發(fā)速度和可讀性，方便了軟件的修改和移植。但在某些情況下，代碼的效率還是無法與手工編寫的匯編代碼的效率相比。此外，用C語言實(shí)現(xiàn)芯片的某些硬件控制也不如匯編程序方便，有些甚至無法用語言實(shí)現(xiàn)。為了充分利用芯片的資源，更好地發(fā)揮C語言和匯編語言進(jìn)行軟件開發(fā)的各自優(yōu)點(diǎn)，采用混合編程方法將兩者有機(jī)結(jié)合起來，兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)，避免其弊端。系統(tǒng)的框架如圖5所示。下面對關(guān)鍵的幾大模塊進(jìn)行簡要的闡述。
該模塊程序采用串口中斷方式實(shí)現(xiàn)，主程序主要由系統(tǒng)初始化、串口初始化、串口中斷設(shè)置和等待中斷組成。而中斷子程序分為發(fā)送子程序和接收子程序。本文給出發(fā)送子程序流程圖。主程序及發(fā)送子程序流程圖如圖6所示。
該模塊在移動(dòng)機(jī)器人行駛中為其提供實(shí)時(shí)的速度和轉(zhuǎn)向指令，從而引導(dǎo)它沿著上位機(jī)給定的路徑行駛。主要包括行駛指令的產(chǎn)生和規(guī)劃路徑的跟蹤兩個(gè)環(huán)節(jié)。
根據(jù)預(yù)瞄跟隨理論及駕駛員的開車行為特性，智能行駛和駕駛員操縱行為是內(nèi)在一致的。通過研究有駕駛員操縱行為，發(fā)現(xiàn)主要根據(jù)兩個(gè)因素決定車輛的前進(jìn)速度，這兩個(gè)因素分別是道路的彎曲程度和機(jī)器人相對參考路徑上的方向偏差。
移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)速度的控制不需要連續(xù)變化，可設(shè)置為三檔，分別對應(yīng)高、中和低三個(gè)速度。由此確定的前進(jìn)速度跟蹤規(guī)則為：
·當(dāng)方向偏差小于10度時(shí)，路徑基本為直線，前進(jìn)速度設(shè)為高速；
·當(dāng)方向偏差小于90度時(shí)，路徑彎曲較嚴(yán)重，前進(jìn)速度設(shè)為低速；
·其它情況時(shí)，前進(jìn)速度為中速。
5．3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制模塊
驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊采取PID控制策略，將車速傳感器檢測的信號作為電機(jī)的反饋信號，進(jìn)行PID控制，取得了很好的控制效果。轉(zhuǎn)向控制模塊的控制策略與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類似，只是其反饋的信號為數(shù)字羅盤的方向信號。PID控制算式為：
式中，u(k)為控制的輸出；e(k)為k時(shí)刻的偏差；Kp、Ki、Kd分別為PID控制算法的比例系數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)。
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